一種仿生植物附著微生物膜硝化作用強(qiáng)度的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生態(tài)環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，是應(yīng)用于富營養(yǎng)化湖泊、重污染河道的水質(zhì) 生態(tài)修復(fù)技術(shù)的監(jiān)測方法，具體的說，涉及一種布設(shè)于富營養(yǎng)化湖泊以及重污染河道等污 染水體中的仿生植物附著生物膜的硝化作用強(qiáng)度的測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮（N)是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵營養(yǎng)元素之一。研宄表明，通過植物吸收僅能 去除水體1% -5%的氮，微生物驅(qū)動的氮的生物地球化學(xué)循環(huán)才是氮素脫離污染水體的主 要途徑。其中，硝化作用負(fù)責(zé)將NH4+-N轉(zhuǎn)化為NCV-N和NCV-N，并進(jìn)一步在反硝化細(xì)菌作用 下，利用NCV-N為電子受體進(jìn)行新陳代謝，最終將氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)隊或N20而脫離系統(tǒng)，從而 實(shí)現(xiàn)對氮素污染的凈化和修復(fù)。由此可見，硝化作用作為氮素生物地球化學(xué)過程的關(guān)鍵環(huán) 節(jié)，在氮素降解過程中起到非常重要的作用。然而，由于我國當(dāng)前水環(huán)境，尤其是城市河道 呈現(xiàn)出低透明度，低溶解氧，高氨氮的嚴(yán)重污染現(xiàn)狀，使得沉水植物、漂浮植物等諸多高等 水生植物消失，城市河道水體異質(zhì)性差，從而導(dǎo)致驅(qū)動硝化反應(yīng)的氮循環(huán)功能微生物缺少 棲息附著場所，最終降低了氮素的硝化作用強(qiáng)度。仿生植物的出現(xiàn)則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的水生植 物修復(fù)技術(shù)在水污染治理中的瓶頸，為嚴(yán)重污染的城市河道生態(tài)修復(fù)提供新的技術(shù)手段， 成為近幾年廣泛應(yīng)用于城市河道生態(tài)修復(fù)的技術(shù)手段之一。如專利號為200410065915. 7 的專利申請公開了一種仿生植物對河流微污染水體的凈化方法，專利號為200420054676. 0 的專利申請公開了一種一種凈化河流微污染水體的仿生植物，專利號為201320107776. 4 的專利申請公開了一種水下人工生態(tài)草坪。仿生植物對水體污染物凈化的原理是主要在 于將生物膜技術(shù)與傳統(tǒng)污水處理的填料技術(shù)結(jié)合起來，通過各種纖維加工形成新型水處理 材料，從而為污染水體中土著微生物提供適宜的棲息場所，促使微生物聚集、生長、繁殖、代 謝，從而降解污染物，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的，由此可見，仿生植物附著微生物膜是該技術(shù)的 核心和關(guān)鍵，而對仿生植物附著生物膜硝化作用強(qiáng)度成為反映該技術(shù)對氮素降解效能的關(guān) 鍵指標(biāo)之一，也成為評估仿生植物對污染水體的修復(fù)效果的關(guān)鍵指標(biāo)，
[0003] 經(jīng)專利檢索以及文獻(xiàn)查閱，國內(nèi)外已有關(guān)于硝化強(qiáng)度的測定方法，但目前的測定 技術(shù)主要是針對土壤土壤介質(zhì)，目前尚未有關(guān)于仿生植物附著生物膜的硝化作用強(qiáng)度測定 方法。由于仿生植物大部分以聚苯乙烯、聚乙烯類纖維材料作為其原材料，從性能上來說， 與土壤系統(tǒng)有較大差異，另一方面，仿生植物微生物膜在重污染河道中的附著環(huán)境與土壤 系統(tǒng)亦有顯著差異。因此，借鑒現(xiàn)有土壤硝化作用強(qiáng)度測定方法來分析仿生植物附著微生 物膜的硝化作用強(qiáng)度，可能不能真實(shí)的反映仿生植物附著生物膜的硝化作用強(qiáng)度值，從而 不能很好的評價仿生植物對氮的降解效能，使該項技術(shù)在應(yīng)用上產(chǎn)生了一定的局限性和不 足。針對這一問題，發(fā)明一種應(yīng)用于仿生植物附著生物膜的硝化作用強(qiáng)度的測定方法很有 必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目就在于針對仿生植物被廣泛應(yīng)用于污染水體生態(tài)修復(fù)，而對其凈化效 果缺乏有效地監(jiān)測技術(shù)這一問題，發(fā)明一種適合于仿生植物附著生物的硝化作用強(qiáng)度測定 方法，力求為仿生植物附著微生物膜的硝化作用強(qiáng)度測定方法提供重要依據(jù)，并最終為仿 生植物技術(shù)在重污染水體實(shí)際應(yīng)用過程中脫氮效能的評價提供依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案及步驟而實(shí)現(xiàn)的：
[0006] (1)具體實(shí)施步驟：
[0007] 第一步：采樣：仿生植物在野外成功掛膜后，采集仿生植物連同其附著生物膜裝 入密封袋中密封，置于便攜式冰箱中，迅速帶回實(shí)驗室，冷凍于-20度冰箱中；
[0008] 第二步：單位重量仿生植物附著生物膜量測定：在野外掛膜樣點(diǎn)，隨機(jī)剪取5-10 個仿生植物及其生物膜樣品（與第一步采樣同步進(jìn)行），裝入密封袋中，帶回實(shí)驗室，后用 軟毛刷和刮刀將生物膜樣品從每個仿生植物材料表面取下來，放入燒杯中，隨后用去離子 水沖洗仿生植物材料表面，沖洗液收集至裝有生物膜的燒杯內(nèi)，每個樣品分別放置于獨(dú)立 的燒杯中。隨后將生物膜分別從燒杯中取出，徹底瀝干水分后放入紙袋中，放入105度烘箱 中，烘干1周至恒重，后稱重，計為％，燒杯中剩余液體分別放入蒸發(fā)皿中蒸發(fā)水分后稱重， 計為Wi;此外，將重新干凈的仿生植物裝入紙袋中，放入105攝氏度烘箱中，烘干1周至恒 重，后稱重計為Xi;隨后通過公式1)來計算單位重量仿生植物附著生物膜率R:
【主權(quán)項】
1. 一種仿生植物附著微生物膜硝化作用強(qiáng)度的測定方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn) 行：第一步：采樣：仿生植物在野外成功掛膜后，采集仿生植物連同其附著生物膜裝入密封 袋中密封，置于便攜式冰箱中，迅速帶回實(shí)驗室，冷凍于-20度冰箱中； 第二步：單位重量仿生植物附著生物膜量測定：在野外掛膜樣點(diǎn)，隨機(jī)剪取5-10個仿 生植物及其生物膜樣品（與第一步采樣同步進(jìn)行)，裝入密封袋中，帶回實(shí)驗室，后用軟毛刷 和刮刀將生物膜樣品從每個仿生植物材料表面取下來，放入燒杯中，隨后用去離子水沖洗 仿生植物材料表面，沖洗液收集至裝有生物膜的燒杯內(nèi)，每個樣品分別放置于獨(dú)立的燒杯 中； 隨后將生物膜分別從燒杯中取出，徹底瀝干水分后放入紙袋中，放入105度烘箱中，烘 干1周至恒重，后稱重，計為Mi，燒杯中剩余液體分別放入蒸發(fā)皿中蒸發(fā)水分后稱重，計為 Wi;此外，將重新干凈的仿生植物裝入紙袋中，放入105攝氏度烘箱中，烘干1周至恒重，后 稱重計為X i;隨后通過公式1)來計算單位重量仿生植物附著生物膜率A 第三步：生物膜樣品預(yù)處理：在開始實(shí)驗前將第一步中的樣品置于冷凍干燥儀中冷凍 干燥，后將干燥后的樣品裝入密封袋中密封，后-4攝氏度冰箱中保存； 第四步：配置培養(yǎng)基：在250 mL三角瓶中加入100 mL的培養(yǎng)基，冷卻后室溫保存； 第五步：仿生植物附著生物膜培養(yǎng)：準(zhǔn)確稱取0. 5克第三步中的生物膜樣品，置于第四 步的培養(yǎng)基中，將三角瓶密封后置于培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為30攝氏度；為了避免仿 生植物材料以對測定結(jié)果的影響，該步驟實(shí)施過程中，再設(shè)置1組獨(dú)立的培養(yǎng)系統(tǒng)，即向培 養(yǎng)基中添加未掛膜的仿生植物進(jìn)行培養(yǎng)，標(biāo)記為對照組； 第六步：培養(yǎng)過程中充氧：培養(yǎng)開始后第1小時，第13小時時對第五步的三組培養(yǎng)系 統(tǒng)供氧，氣流條件為3L/min，每次IOmin ; 供氧結(jié)束后，密封三組培養(yǎng)系統(tǒng)的三角瓶，再次置于30度培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)至24小時 后結(jié)束培養(yǎng)； 第七步：培養(yǎng)液過濾：將第六步的培養(yǎng)液過濾膜后待測； 第八步：過濾液測定：參考采用酚二磺酸光度法測定第七步濾液中的NCV-N含量； 第九步：硝化作用強(qiáng)度計算：根據(jù)第八步得到的NCV-N含量值，仿生植物附著微生物膜 的硝化作用強(qiáng)度以單位質(zhì)量（Ikg)冷干樣品單位時間（I d)內(nèi)產(chǎn)生的NCV-N的量（mg)表 示，通過公式2)來計算仿生植物附著生物膜硝化作用強(qiáng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生植物附著微生物膜硝化作用強(qiáng)度的測定方法，其特 征在于第二步中公式1)為
公式一中，M，W，X分別為生物膜重量、沖洗液蒸干后重量、重新干凈后的仿生植物原 材料的重量(單位為g) ;i為樣品編號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生植物附著微生物膜硝化作用強(qiáng)度的測定方法，其 特征在于第四步：培養(yǎng)基成分為：磷酸二氫鉀0.2 mol/L，磷酸氫二鉀0.2 mol/L，硫酸銨 0. 05 mol/L，三種成分組分比為3:7:20,培養(yǎng)液pH通過&304或NaOH調(diào)至7. 2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生植物附著微生物膜硝化作用強(qiáng)度的測定方法，其特 征在于第七步：培養(yǎng)液過濾：將第六步的培養(yǎng)液過0. 22um濾膜后待測。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種#?Φ棺物附著微生物膜硝化作用強(qiáng)度的測定方法，其特 征在于第九步中公式2)為'
公式2)中，CiXKi為培養(yǎng)結(jié)束后第五步的仿生植物附著生物膜培養(yǎng)系統(tǒng)及對照系統(tǒng)中 所測定的NOf-N量(單位：mg/L) ; Vci為培養(yǎng)液體積(單位：L) ;t為培養(yǎng)時間（單位：d) ; m 為樣品質(zhì)量(單位：kg)，i為樣品編號。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種仿生植物附著微生物膜硝化作用強(qiáng)度的測定方法，屬于生態(tài)環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。首先采集仿生植物附著生物膜樣品，保存于-20度冰箱中；對仿生植物附著生物膜進(jìn)行冷凍干燥；準(zhǔn)確稱量仿生植物附著生物膜樣品置于預(yù)先配置好的培養(yǎng)基中，密封后培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；培養(yǎng)第1小時、第13小時，向培養(yǎng)系統(tǒng)中充氧，培養(yǎng)結(jié)束后，培養(yǎng)液過濾膜，測定過濾液中的含量；后根據(jù)測定結(jié)果計算仿生植物附著生物膜硝化作用強(qiáng)度。本發(fā)明的培養(yǎng)期間，進(jìn)行間隙曝氣，降低持續(xù)曝氣或增加曝氣量也會造成處理成本的增加，此外將培養(yǎng)時間從48小時降低至24小時。
【IPC分類】C12Q1-02, G01N5-04
【公開號】CN104531826
【申請?zhí)枴緾N201410748356
【發(fā)明人】周曉紅, 王曉娟
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月9日